Astronomen finden Zugang zu "fossilem" Lichtdunst zwischen den Galaxien

25. Jänner 2013, 11:57
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Mit einem Umweg über Gammastrahlen sammeln Forscher Daten über das diffuse extragalaktische Hintergrundlicht

Seit der Entstehung der ersten Sterne und Galaxien erfüllt ein schwacher Licht-"Dunst" die Räume zwischen den Sterneninseln. Dieser diffuse, gleichsam "fossile" Regen an uralten Lichtteilchen verrät viel über die Zeit, als das Weltall noch jung war, aber es lässt sich von der Erde aus nur sehr schwer registrieren; die hell strahlende Milchstraße ist dabei im Weg.. Nun haben Astronomen mit Hilfe des H.E.S.S.-Teleskopsystems in Namibia eine indirekte Methode angewendet, um den extragalaktischen "Photonennebel" zu beobachten. Dazu analysierten sie die Daten einiger der hellsten Gammastrahlenquellen außerhalb der Milchstraße. Aus den Ergebnissen lassen sich Schlüsse ziehen über die Entwicklung von Sternen und Galaxien.

Der Raum zwischen den Galaxien ist angefüllt mit Photonen (Lichtteilchen), die von allen jemals im Universum existierenden Sternen emittiert wurden. Das diffuse extragalaktische Hintergrundlicht scheint im Sichtbaren und im Infrarot. Es ist nach dem kosmischen Mikrowellenhintergrund die diffuse Strahlung mit der zweithöchsten Intensität. Aus unserer Milchstraße heraus ist es aber nur schlecht möglich, dieses fossile Licht direkt zu beobachten. Durch Verwendung von Gammastrahlen (die rund eine Billion mal energiereicher sind als sichtbares Licht), also mit einer indirekten Methode, umgehen die Astrophysiker dieses Problem.

Ein von einer entfernten Galaxie emittierter Gammastrahl wird auf seinem Weg zur Erde durch Wechselwirkung mit dem diffusen Licht abgeschwächt: wenn ein hochenergetisches Gammaphoton mit einem Photon des Hintergrundlichts zusammenstößt, werden beide in ein Elektron/Positron-Paar umgewandelt (ein Positron ist das Antiteilchen des Elektrons), wodurch sich die Intensität des Gammastrahls verringert. Je dichter der Dunst aus diffusen Photonen ist, desto stärker ist die Abschwächung des Gammastrahls und desto weniger weit kann man im Gammalicht ins Universum blicken. Die an der Erde ankommenden hochenergetischen Gammaphotonen lösen in der Erdatmosphäre Teilchenschauer aus, die kurze Lichtblitze erzeugen. Diese werden von den Teleskopen des High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) beobachtet.

Diffuses Licht erzählt vom jungen Universum

Die Astrophysiker analysierten die Spektren einiger relativ naher Blazare; das sind hell im Gammalicht leuchtende Galaxien, in deren Zentrum ein aktives Schwarzes Loch Materie verschlingt, wobei ein "Jet" aus relativistischen Teilchen in Richtung Erde geschleudert wird. Dabei zeigte sich klar die Absorption hochenergetischer Gammastrahlen durch das extragalaktische Hintergrundlicht - deren Berücksichtigung ist zur Erklärung der Spektren sogar unerlässlich. Die Messungen liefern die bisher genauesten Werte für die Intensität des im Universum enthaltenen Sternenlichts im sichtbaren und infraroten Bereich und seine spektrale Verteilung.

Ein besseres Verständnis dieses diffusen Lichts - ein Archiv des leuchtenden Universums - führt zu neuen Erkenntnissen über die ersten Sterne, ihre Entstehung und die Entwicklung von Galaxien. Mit den neuen Daten können nun kosmologische Modelle optimiert werden, um die Rate und die Prozesse der Sternbildung seit der Entstehung des Universums besser zu beschreiben. Und aus den Ergebnissen lässt sich bestimmen, wie die Größe des im Gammalicht beobachtbaren Universums mit zunehmender Energie der Gammaphotonen abnimmt. (red, derStandard.at, 25.1.2013)

  • Mit Hilfe des H.E.S.S.-Teleskopsystems in Namibia beobachteten die Astronomen indirekt den intergalaktischen Photonendunst.
    foto: c. föhr, h.e.s.s.-kollaboration

    Mit Hilfe des H.E.S.S.-Teleskopsystems in Namibia beobachteten die Astronomen indirekt den intergalaktischen Photonendunst.

  • Aus den H.E.S.S.-Daten abgeleitetes Spektrum des extragalaktischen Hintergrundlichts im Sichtbaren und nahen Infrarot.
    grafik: h.e.s.s. collaboration, astronomy & astrophysics

    Aus den H.E.S.S.-Daten abgeleitetes Spektrum des extragalaktischen Hintergrundlichts im Sichtbaren und nahen Infrarot.

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